空管塔臺建筑電氣設計探討

丁 輝， 江國慶， 李東洋， 郭光明， 韓子厚

(航天建筑設計研究院有限公司，北京 100071)

0 引言

塔臺是設于機場的航空運輸管制設施，用于監管和控制飛機起降，是機場建設和運行的重要組成部分，對保障機場安全運行起到了舉足輕重的作用。塔臺一般分為塔臺管制室、檢修環、設備機房、交通核心筒、辦公室、休息室、設備機房等場所。塔臺頂部的管制室、檢修環、設備機房等作為管制員工作、重要工藝設備運行場所，組成了塔臺的核心部位。除了應滿足整個建筑物的正常運行外，塔臺的設計尤其要保證塔臺核心區域的運行可靠、使用方便。本文結合內蒙古呼和浩特市新機場新建塔臺工程的設計情況，對塔臺的電氣設計進行探討。

1 工程概況

本工程項目為一座新建塔臺、新建塔臺工程用房(建筑面積2 316m2)、新建油機房(專為塔臺及塔臺工程用房服務，建筑面積60m2)，位于新機場航站區，其中油機房專為塔臺及塔臺工程用房服務。塔臺建筑性質為一類通信建筑、一層高層公共建筑，耐火等級一級、屋面防水等級一級，占地面積210m2，建筑物地上十七層、地下一層，總建筑面積4 265 m2，建筑檐口高度91.15m。變電所、UPS間、消控室等統一集中設置在塔臺工作用房，強電管線通過二層連廊敷設至塔臺，弱電管線通過室外管道接入塔臺。

2 供配電設計

根據工藝條件，塔臺及塔臺工作用房內機房按照B級機房進行設計。部分工藝負荷(包括電子信息機柜負荷、席位負荷、其他工藝負荷)、精密空調、消防負荷等按一級負荷特別重要的負荷設計；安防系統、普通弱電系統、一般照明、空調、風機水泵等用電負荷按二級負荷考慮；其他負荷按三級負荷考慮。

在塔臺工作用房一層設有10/0.4kV變電所,內設兩臺1 000kVA變壓器，為塔臺、塔臺工作用房、油機房供電。

高壓配電系統為單母線運行接線方式，中間不設聯絡，兩路高壓電源互為備用，平時各帶載50%負荷。當一路高壓電源故障或失電時，由另外一路高壓電源帶載100%負荷；220/380V低壓配電系統為單母線分段運行結線方式。

正常時，兩臺變壓器同時運行，各帶50%負荷。當其中一臺變壓器發生故障或進行檢修時，進線開關分閘斷開后，聯絡開關合閘，由另一臺變壓器供電給所有負荷。圖1為低壓配電系統圖。

本工程工藝設備主要是明室和檢修環內的機柜和席位用電，這些負荷均為重要負荷；其他工藝要求設置的主要是插座(為弱電系統服務及極端天氣下電暖氣設備使用)，均為普通負荷。在塔臺檢修環內設置2臺STS為檢修環機房及明室配電，每臺STS柜均能帶載100%的電子信息設備機柜。STS柜通過配電列頭柜為每臺機柜或席位供電，電纜敷設至PDU。

據了解，一般的電子信息設備允許供電中斷時間為10ms左右，因此要求STS工藝的切換時間≤5ms，以保證STS切換不影響電子信息設備的正常運行。圖2為明室與檢修環公藝配電系統圖。

圖2 明室與檢修環工藝配電系統圖

在塔臺工作用房一層設有兩個UPS間(命名為UPS間1和UPS間2)，UPS間1內設置UPS1和UPS2，UPS間2內設置UPS3和UPS4。UPS1和UPS2并機組成一套UPS供電系統，UPS3和UPS4并機組成一套UPS供電系統，形成兩套“1+1”冗余配置組成的雙總線UPS供電系統。每臺UPS均具有帶載100%工藝負荷的能力，平時每臺UPS各帶載25%的工藝負荷。當一套UPS供電系統中的一臺UPS發生故障時，由另外一臺UPS與另外一套UPS供電系統形成雙總線供電系統；當三臺UPS都發生故障時，則由剩余的UPS獨立給工藝設備供電。每臺UPS持續供電時間按30min計算，理論上UPS供電系統能夠給工藝設備持續供電2h。

本工程設有負載總線同步設備，以保證兩套UPS供電系統輸出的電源頻率、相位等同步。當UPS旁路電源的頻率、相位等在規定的偏差范圍內時，各UPS跟蹤自身旁路；當旁路電源頻率、相位等超出偏差范圍時，負載總線同步設備啟動，迫使UPS輸出電源同步運行。本設計能夠為工藝設備提供十分可靠的供配電系統。

本工程總計算有功功率為932kW(其中照明71.3kW，重要工藝負荷163.4kW，普通工藝負荷145.8kW，空調負荷292.8kW，熱水器、電伴熱等111.3kW，安防、弱電60kW，以及其他負荷190.4kW；需要考慮同時使用系數0.9)，按照《民用建筑電氣設計規范》中對柴油發電機的計算要求，考慮0.82的余量系數，柴油發電機房內設1臺輸出功率為1 200kW(常用功率，不限時運行)的柴油發電機組，將其作為塔臺、塔臺工作用房內全部負荷的備用電源。在兩路市電完全失電后，柴油發電機啟動，為本工程所有負荷供電。兩路市電的全部失電信號作為柴油發電機的啟動信號。需要注意的是，柴油發電機訂貨需配套控制柜以實現上述功能，且柴油發電機組電源與正常電源之間必須采取防止并列運行的措施。

3 照明設計

照明設計的重點是塔臺管制明室的設計。明室位于塔臺的最上方，為保證管制員視野，四周為360°無遮擋玻璃幕墻。照明設計應注重眩光、反射光等對管制員視覺的影響，同時應實現光源照度可調，方便管制員根據自身情況進行調光控制。考慮到明室照明的重要性，明室照明采用EPS供電，供電持續時間≥90min。

根據GB 51348《民用建筑電氣設計標準》、MH 5001-2013《民用機場飛行區技術標準》，在塔臺頂部、中部均設置航空障礙燈，燈具安裝位置應兼顧美觀和檢修方便。塔臺中部設置的航空障礙燈不能對管制員的視線造成干擾，一般應安裝在檢修環層以下。

4 消防設計

由于特殊的建筑使用功能和性質原因，塔臺項目介于構筑物與建筑物之間，專業性突出，與常規民用建筑有著明顯區別。且在目前的國家規范體系中，沒有專業的、針對塔臺的防火設計規范。因此，本項目塔臺參照GB 50016-2014《建筑設計防火規范》(2018年版)，以及建筑結構特征相對類似的相關設計防火標準GY 5067-2017《廣播電影視建筑設計防火標準》等執行設計要求，但基于塔臺專業性強、使用功能單一的特點，在圍繞建筑功能執行設計時，并不可完全按照上述兩標準進行設計。圖3所示為明室(17F)和備用明室(16F)之間的疏散樓梯示意圖。

在本項目電氣消防設計中，除滿足相關規范外，還需重點關注以下內容。

圖3 明室(17F)和備用明室(16F)之間的疏散樓梯示意圖

(1)受塔臺平面尺寸限制，塔臺各樓層難以設置兩部疏散樓梯，僅能設置一部疏散樓梯，每層也僅有一個安全出口。結合塔臺人員較少、對環境熟悉、疏散效率高的特點，經軟件模擬，一部疏散樓梯也能進行有效疏散。

為更好地提升疏散有效性，電氣設計應保證防煙樓梯間及其前室(包括消防電梯合用前室)內消防應急照明系統的地面最低照度≥10lx，持續供電時間≥90min。此項設計將應急照明系統的疏散照度和持續時間均提高到目前規范規定的最高等級。

(2)塔臺明室要求管制員在360°方向上保持視線通透，因此，明室(17F)通向備用明室(16F)的疏散樓梯只能設計成敞開樓梯。敞開樓梯容易形成煙囪效應，火災時煙氣通過樓梯間肆意蔓延。

為有效疏散，電氣設計時，在位于16F的防煙樓梯間前室內踏步上設置消防應急踏步燈(也可設置明顯的燈光警示標識)，同時，其地面最低水平照度≥10lx，持續供電時間≥90min。

(3)為便于及時發現火災隱患，塔臺非消防用電負荷設置電氣火災監控系統，非消防線纜燃燒性能不應低于B1級。消防設備供電干線、分支干線、天線桅桿筒體內電纜采用礦物絕緣類不燃性電纜。

(4)設備管道和線纜穿越墻體、樓板等部位時，采用防火封堵材料封堵嚴密，如17F明室、16F備用明室與檢修環層之間的孔洞位置。

(5)其余消防設計內容可參考GY-5067《廣播電影電視建筑設計防火標準》、GB50016《建筑設計防火規范》進行。

5 安防設計

空管塔臺的安防設計除應按照GB 50348-2018《安全防范工程技術標準》進行設計外，還應參照《民航空管單位安全保衛設施配置及管理暫行辦法》、MH/T 7003-2017《民用運輸機場安全保衛設施》。塔臺管制小區按照一類安全保衛區域進行設計，需設置視頻監控系統、出入口控制(門禁)系統。與一般民用建筑設計相比，塔臺部分的設計有以下特點。

(1)塔臺安防信號最終均需要上傳至空管總控中心，總控中心的設置位置根據建設方要求、方便值班管理確定?？偪刂行墓芾砥脚_應能將視頻監控、門禁、入侵報警等系統進行集成，并能兼容開放式協議相關設備，實現不同設備和系統間的信息交換，并預留滿足公安和機場業務需求的接口。總控中心能夠接收和處理多路報警信息，同時接收多路前段聯動上傳的報警圖像。所有安防系統記錄保存時間為90天。

(2)視頻監控系統采用數字形式架構，室內攝像機采用高清室內型固定攝像機，主要用于監控樓內主要出入口、電梯前室、走廊、電梯轎箱、設備機房；建筑物四周區域設置室外型高清攝像機；明室內設置全景攝像機。

(3)在建筑物的主要出入口、各重要房間設置門禁系統。門禁系統要求使用復合驗證方式，一般采用密碼鎖和刷卡的形式。門禁系統應具有與視頻監控系統的聯動功能，發生刷卡、開門動作或警報時，視頻監控系統應能夠自動顯示門禁通行口內外兩側的實時視頻信息，聯動響應時間應≤1s，應能通過刷卡信息檢索監控錄像。除應急疏散門外，其他通行口門禁掉電自動鎖閉，并在受控區設置機械開啟裝置；門禁系統疏散通道各電控鎖具備掉電開鎖功能，當發生火災等緊急情況時，由消防系統強制打開疏散通道上的門禁系統。

6 結束語

塔臺是機場的重要設施和指揮樞紐，對空中交通的安全運行至關重要。因塔臺具有結構、功能特殊性，且塔臺設計尚沒有專門的設計規范支持，本文主要參考現有規范和已建成塔臺的成熟設計經驗，對塔臺設計方案的特殊性也進行了詳細的闡述。如對工藝設備的供電可靠性要求極高，高壓電源、變壓器、UPS等重要設備都需要進行冗余、容錯配置；明室因其視野要求，對照明設計也提出了特定的要求；塔臺消防設計因為沒有專門的規范，其方案都需要提交當地消防部門進行專門審批等。